第4章 多级放大器和集成放大器

1、 放大电路的级间耦合必放大电路的级间耦合必 须要保证信号的传输，且保证各级的静态工作点正确。须要保证信号的传输，且保证各级的静态工作点正确。 4.1 多级放大器的耦合方式多级放大器的耦合方式 多级放大电路多级放大电路:由单级放大器级连而成。由单级放大器级连而成。 用途用途 ui uo 4.1.1阻容耦合阻容耦合 优点：优点： 各级各级Q点是相互独立，计算方便，设计和调试点是相互独立，计算方便，设计和调试Q点点 简单。简单。 当电容选择合适时，可使一定当电容选择合适时，可使一定 频率范围的信号不失真通过。频率范围的信号不失真通过。 图图4-1 4-1 两级共射阻容耦合放大电路两级共射阻容耦合放大

2、电路 2 C b1 R c1 R 1 T b2 R c2 R 2 T s R s u 1 C 3 C L R ou + _ + _ +VCC + uo1 - + ui2 - + ui1 - 缺点：缺点： 低频特性低频特性 差，直流通不过。差，直流通不过。 由于电容的存在，由于电容的存在， 不易集成。不易集成。 各级各级Q点不会相互影响，点不会相互影响， 不会产生总体漂移。不会产生总体漂移。 4.1.2直接耦合直接耦合 图图4-2 4-2 直接耦合方式实例直接耦合方式实例 b1 R c1 R 1 T c2 R 2 T o u + _ i u + _ +VCC b2 R （a） 可省去可省去R R

3、b2 b2 前一级的输出直接或通过电阻接入下一级输入，称为前一级的输出直接或通过电阻接入下一级输入，称为直接耦合直接耦合。 b1 R c1 R 1 T c2 R 2 T o u + _ i u + _ +VCC （b） + UBEQ2 - + UCEQ1 - 还存在什么问题？还存在什么问题？ UCEQ1=UBEQ2=0.7V，第一级的，第一级的 动态范围太小。动态范围太小。 改进电路改进电路( (c) ) 电路中接入电路中接入 Re2，保证第一级集电极有较高的静，保证第一级集电极有较高的静 态电位，但第二级放大倍数严重下降。态电位，但第二级放大倍数严重下降。 b1 R c1 R 1 T c2

4、R 2 T o u + _ i u + _ e2 R +VC C D b1 R c1 R 1 T c2 R 2 T o u + _ i u + _ +VCC Z D b1 R c1 R 1 T c2 R 2 T o u + _ i u + _ +VCC 二极管或稳压管代替二极管或稳压管代替Re， ，动态电阻很小，可以使 动态电阻很小，可以使 第二级的放大倍数损失小。但第二级集电极电压变第二级的放大倍数损失小。但第二级集电极电压变 化范围减小。化范围减小。 改进电路改进电路( (d) 改进电路改进电路（e e） 改进电路改进电路(f)(f) NPN管和管和PNP管混合使管混合使 用，可获得合适的

5、工作点。用，可获得合适的工作点。 是集成电路中常采用的方式。是集成电路中常采用的方式。 b1 R c1 R 1 T e2 R 2 T o u + _ i u + _ c2 R +VCC 直接耦合方式的优缺点：直接耦合方式的优缺点： 优点：优点：( (1) )具有良好的频率特性，具有良好的频率特性， 可以放大交流和缓慢可以放大交流和缓慢 变化及直流信号；变化及直流信号； ( (2) ) 便于集成化。便于集成化。 缺点：缺点：( (1) )各级静态工作点互相影响；各级静态工作点互相影响； ( (2) )零点漂移。零点漂移。 4.1.3变压器耦合变压器耦合 图图4-3 4-3 变压器耦合共射放大电路

6、变压器耦合共射放大电路 b1 R 1 T b3 R L R 2 T s R s u 1 C e2 C + + + _ b2 R e1 R b4 R e2 R e1 C + b1 C + o u + _ +VCC 缺点：缺点： 低频特性和高频特性都不好，只适合一定频率范围低频特性和高频特性都不好，只适合一定频率范围 的信号通过。的信号通过。 变压器使用磁性材料及金属制成，体积大，不能集成化。变压器使用磁性材料及金属制成，体积大，不能集成化。 优点：优点： 前后级隔直，不会产生零点漂移。前后级隔直，不会产生零点漂移。 可实现阻可实现阻 抗变换，获得最佳功率匹配。抗变换，获得最佳功率匹配。 图图4-

7、4 变压器阻抗变换变压器阻抗变换 1 I L R 2 I 1 U + _ 2 U + _ L R L 2 2 1 L R) n n (R 4.1.4光电耦合光电耦合 光电耦合：光电耦合：以光信号为媒介来实现电信号的耦合和传递以光信号为媒介来实现电信号的耦合和传递 （a a）光电耦合器）光电耦合器 图图4 4-5 5光电耦合器及其传输特性光电耦合器及其传输特性 D i ci c e 1.光电耦合器光电耦合器 （b b）光电耦合器的传输特性）光电耦合器的传输特性 集电极电流集电极电流iC与管压降与管压降uce之间的函数关系之间的函数关系： D I cec )f(ui 数值比数值比小得多，只有小得多

8、，只有0.11.5 CE U D C i i CTR 传输比传输比: 2.光电耦合放大电路光电耦合放大电路 s R s u + _ V c R 信号源光电耦合器输出回路 +VCC D i c i c e 优点：优点： 光电耦合器可将输入端和输出端完全电隔离开来，光电耦合器可将输入端和输出端完全电隔离开来， 在抗干扰、降低噪声以及电路安全性方面具有巨大的优越性。在抗干扰、降低噪声以及电路安全性方面具有巨大的优越性。 图图4 4-6 6 光电耦合放大电路光电耦合放大电路 光电耦合电路的特点：光电耦合电路的特点： 缺点：缺点： 光电耦合器的传输比光电耦合器的传输比CTR比较小，输出电压还比较小，输出

9、电压还 需进一步放大。需进一步放大。 精度低，动态范围小。精度低，动态范围小。 目前，集成光电耦目前，集成光电耦 合电路得到广泛应用合电路得到广泛应用 ，常见的模拟光耦器，常见的模拟光耦器 件有件有SLC800等。等。 体积小，便于集成，因而具有广泛的应用前景。体积小，便于集成，因而具有广泛的应用前景。 4.2 4.2 多级多级放大电路的分析方法放大电路的分析方法 4.2.14.2.1多级放大电路的静态分析多级放大电路的静态分析 对于对于阻阻容耦合及变压器耦合电路，其容耦合及变压器耦合电路，其Q Q点互不影响，点互不影响， 其分析方法同单级放大电路。其分析方法同单级放大电路。 直接耦合或光电耦

10、合电路静态工作点的分析，需要列直接耦合或光电耦合电路静态工作点的分析，需要列 出节点方程和回路方程进行计算。出节点方程和回路方程进行计算。 多级放大电路的静态分析方法要视电路的耦合方式而定。多级放大电路的静态分析方法要视电路的耦合方式而定。 图图4-7 直接耦合放大电路直接耦合放大电路 Z D b1 R c1 R 1 T c2 R 2 T o u + _ +VCC B1 I B2 I Rb I C1 I C2 I Rs I s R s u + _ Rc1 I CC Rb b1 V-0.7 I= R Rs 0.7 I= R s RsRbB1 I -II B11C1 II C1 ZCC Rc1 R

11、 V7 . 0V I c1Rc1B2 I -II ZCE1 U7 . 0U B22C2 II ZC2C2CCCE2 URI-VU 对图对图4-74-7所所示电路进行静态分析：示电路进行静态分析：( (令令u us s=0)=0) 4.2.2 4.2.2 多级多级放大电路的动态分析放大电路的动态分析 i u o1 uA1 i2 u 2 o2 un L R s R s u + _ + _ + _ _ + A in u + _ o u + _ A 图图4-8多级放大电路组成框图多级放大电路组成框图 多级放大电路的电压放大倍数：多级放大电路的电压放大倍数： ，是每一级增益，是每一级增益 的乘积。即：的

12、乘积。即： i o u u u A unu2u1 in o i2 o2 i o1 u AAA u u u u u u A 多级放大电路的输入阻抗为第一级的输入阻抗，即：多级放大电路的输入阻抗为第一级的输入阻抗，即：Ri=Ri1 多级放大电路的输出阻抗为最后一级的输出阻抗，即：多级放大电路的输出阻抗为最后一级的输出阻抗，即： Ro=Ron 在进行多级放大电路动态分析时，要注意以下几点：在进行多级放大电路动态分析时，要注意以下几点： 在计算各级电压放大倍数时，要考虑后级对前级的影响，在计算各级电压放大倍数时，要考虑后级对前级的影响， 后级的输入阻抗为前级的负载电阻。后级的输入阻抗为前级的负载电阻。

13、 在计算第一级的输入阻抗时，如为共射或共基电路可用公在计算第一级的输入阻抗时，如为共射或共基电路可用公 式直接计算；若第一级为射级输出器，则后级输入阻抗式直接计算；若第一级为射级输出器，则后级输入阻抗R Ri2 i2会对 会对 R Ri i=R=Ri1 i1产生影响 产生影响。 2i1ebe1b1i1i /RR)(1/rRRR 图4-9 多级放大电路输入阻抗的计算 b1 R e1 R 1 T s R s u 1 C + _ +VCC i2 R i R 第一级为源级跟随器时第一级为源级跟随器时 有无此问题？有无此问题？ 在计算输出阻抗在计算输出阻抗R Ro o时，如最后一级为射级输出器，则前时，

14、如最后一级为射级输出器，则前 一级的输出阻抗一级的输出阻抗R Ron-1 on-1影响后一级的输出阻抗 影响后一级的输出阻抗R Ro o=R=Ron on。 。 1 /RRr /RR 1 -onbnben eno bn R en R 1 T on-1 R on u 1 C + _ +VCC L R 2 C on-1u + _ o R 图图4-10多级放大电路输出阻抗的计算多级放大电路输出阻抗的计算 在具体分析电路时，如能直在具体分析电路时，如能直 接用公式法写出相连时的各级接用公式法写出相连时的各级 放大器的增益则直接计算，如放大器的增益则直接计算，如 不明显则可先作出全部交流不明显则可先作出

15、全部交流h h参参 数等效图再逐级进行计算。数等效图再逐级进行计算。 最后一级为源级跟随器时有无此问题？最后一级为源级跟随器时有无此问题？ 【例【例4-1】 图图4 - 11为二级放大电路。已知：为二级放大电路。已知： 图4-11 二级阻容耦合放大电路 。 ， 5kRR k001Rk3 . 2R5kRR15kR12VV Le2 b3e1c1b2b1CC 300rbb i u 2 C L R ou + _ + _ b1 c1 R 1 T b2 e1 R e1 C 3 C b3 R e2 R 2 T 1 C R R +VCC 三极管的电流放大系数均为三极管的电流放大系数均为=50， 。图中各电容足

16、。图中各电容足 够大，试求电路的静态工作点、够大，试求电路的静态工作点、 电压放大倍数、电压放大倍数、 输入阻抗和输入阻抗和 输出阻抗。输出阻抗。 4VRIVU 1.6mA)I1 (I mA230 . 0 )R(1R UV I e2EQ2CCCEQ2 BQ2EQ2 e2b3 BE2CC BQ2 第二级：射极输出器第二级：射极输出器 i u 2 C L R ou + _ + _ b1 c1 R 1 T b2 e1 R e1 C 3 C b3 R e2 R 2 T 1 C R R +VCC 解：（解：（1 1）静态分析）静态分析：由于：由于为阻容耦合，为阻容耦合，Q Q值互不影响，分别值互不影响，

17、分别 独立计算独立计算。 7V. 4V)3 . 25 (112)R(RIVU 1mA 2.3V 0.7V3V R UU R U I 3V12V 551 5 V RR R U e1c1EQ1CCCEQ1 e1 BE1BQ1 e1 EQ1 EQ1 CC b2b1 b2 BQ1 第一级：第一级：工作点稳定电路工作点稳定电路 （2 2）动态分析：）动态分析： be1 i2c1 u1 r )/R(R A k65)R/)(R(1/rRR Le2be2b3i2 1.1k I 26 )(1rr EQ2 bb be2 1.6k I 26 )(1rr EQ1 bb be1 经计算求得经计算求得Au1-156 1

18、)/R)(R(1r )/R)(R(1 A Le2be2 Le2 u2 156AAA u2u1u 1.1k /r/RRR be1b2b1i 118 1 /RRr /RR c1b3be2 e2o 图图4-12 4-12 图图4-114-11所示电路的交流等效电路所示电路的交流等效电路 b1 R be1 r b2 R b1 i c1R b3 R i u + _ ou + _ b1 i i2 R be2 r e2 R L R b2 i 1 2 b2 i i R o R i u 2 C L R ou + _ + _ b1 c1 R 1 T b2 e1 R e1 C 3 C b3 R e2 R 2 T 1

19、 C R R +VCC 【例例4-24-2】 如图如图4-134-13所示电路，写出所示电路，写出A Au u、R Ri i和和R Ro o的表达式。的表达式。 图图4-13 多级放大电路的计算多级放大电路的计算 L1u1 RgA m i24 L1 /RRR R)1 (/r/RRR 102be276i2 102be2 L2 u2 )R(1r R- A L8 L /RRR 102be2 L2 L1mu2u1u )R(1r R RgAAA 213i /RRRR 8o RR o u 4 C + _ 6 8 R 2 T 7 9 R 3 C R R i u 2 C + _ 1 4 R 1 T 25 R

20、1 C R R 10 R 3 R L R i2 R +VCC i R o R 5 C 解：第一级为共源放大电路，第二级为共射放大电路。解：第一级为共源放大电路，第二级为共射放大电路。 1.零点漂移现象及其产生的原因零点漂移现象及其产生的原因 输入电压为输入电压为ui=0时，但输出电压时，但输出电压uo0 ，并缓慢地发生不，并缓慢地发生不 规则变化规则变化,此现象称为零点漂移。此现象称为零点漂移。 原因：原因：Q 点不稳定使得第一级产点不稳定使得第一级产 生变化量，经后级放大后输出。生变化量，经后级放大后输出。 主要由温度变化、电源波动引起，也主要由温度变化、电源波动引起，也 称称温度漂移。温度

21、漂移。 放大电路级数愈多，放大倍数愈高，零点漂移问题愈严重。放大电路级数愈多，放大倍数愈高，零点漂移问题愈严重。 4.3差分放大器差分放大器 4.3.1直接耦合放大电路的直接耦合放大电路的 零点漂移现象零点漂移现象 问题：阻容耦合会不问题：阻容耦合会不 会出现零点漂移？会出现零点漂移？ b1 R c1 R 1 T c2 R 2 T o u + _ i u + _ +VCC b2 R uO t 0 ui t 0 2.抑制温度漂移的方法：抑制温度漂移的方法： ( (1) ) 引入直流负反馈以稳定引入直流负反馈以稳定 Q 点；点； ( (2) ) 利用热敏元件补偿放大器的零漂；利用热敏元件补偿放大器

22、的零漂； R2 R1 +VCC + T2 + Rc T1 uI uO iC1 Re R uB1 ( (3) ) 采用差分放大电路。采用差分放大电路。 缺点：缺点：Re对放对放 大性能的影响大性能的影响 差动放大电路是抑制零点漂移最有效的电路结构。差动放大电路是抑制零点漂移最有效的电路结构。 图4-14 基本差分放大器组成原理示意图 i (u= 0) mV 此值不变 此点也变化u 放大电路 基本差分 i u + _ 此点变化u 当我们说一个放大器产生零漂时，是指当输入为零时，输出 的值相对于某个参考点（如地点）发生变化了，如果此时这 个参考点也跟踪变化相同的量，则可认为输出零点没有发生 变化。

23、电路结构对称，在理想的情况下，两管的特性及对应电阻元电路结构对称，在理想的情况下，两管的特性及对应电阻元 件的参数值都相等。件的参数值都相等。 两个输入端两个输入端b1、b2 两个输出端两个输出端c1，c2 b1 R c1 R 1 T Q1R i1 u + _ b2 R c2 R 2 T Q2 R i2 u + _ c1 u c2 u 1 b 2 b 1 c 2 c o u + _ +VCC 输出电压输出电压uo=uc1-uc2 (双端输出双端输出） uo= UCQ1 UCQ2 = 0 uo= (UCQ1 + uc1 ) (UC2 + uc2 ) = 0 ui1 = ui2 = 0 当温度升高

24、时当温度升高时ICUCQ （两管变化量相等）（两管变化量相等） 静态时静态时： b1 R c1 R 1 T Q1R i1 u + _ b2 R c2 R 2 T Q2 R i2 u + _ c1 u c2 u 1 b 2 b 1 c 2 c o u + _ +VCC b1 R c1 R 1 T Q1R i1 u + _ b2 R c2 R 2 T Q2 R i2 u + _ c1 u c2 u 1 b 2 b 1 c 2 c o u + _ +VCC 0)u(U)u(Uuuu c2CQ2c1CQ1c2c1oc b1 R c1 R 1 T Q1R i1 u + _ b2 R c2 R 2 T Q

25、2 R i2 u + _ c1 u c2 u 1 b 2 b 1 c 2 c o u + _ +VCC iduiuc uAuAu 11 iduiuc uAuAu 22 du cciiu cCQcCQCCo uA uuuuA uUuUuuu 2 22)( )()( 2121 221121 21cc uu 差模信号和差模输入的概念差模信号和差模输入的概念 b R c R 1 T QR i u + _ b R c R 2 T QR od u + _ +VCC id u + _ id u + _ i1 u i2 u 图4-16 基本差分放大器 的差模输入方式 而差模输入是指一个输入端对另 一个输入端的

26、信号，即两输入端 的信号差，如图4-16所示。 差模输入电压： idi 2uu ， duiiuo uAuuAu2)( 21 差模信号是针对两输入端对地 （公共端）而言的。 b1 R c1 R 1 T Q1R i1 u + _ b2 R c2 R 2 T Q2 R i2 u + _ c1 u c2 u 1 b 2 b 1 c 2 c o u + _ +VCC 任意信号都可用差模任意信号都可用差模 信号和共模信号等效信号和共模信号等效 例例: ui1 = 10 mV, ui2 = 6 mV ui2 = 8 mV 2 mV 可分解成可分解成: : ui1 = 8 mV + 2 mV 22 2121i

27、i id ii ic uu u uu u 差模：共模： iduiiuo uAuuAu2)( 21 ic u + _ u + _ + id u _ id b R c R 1 T QR b R c R 2 T QR o u + _ +VCC i2 uui1 )( 21iiuo uuAu 非对称输入举例非对称输入举例 +5V 由于每个管子没有采取由于每个管子没有采取 消除零漂的措施，当零漂变消除零漂的措施，当零漂变 化范围大时，差分放大管有化范围大时，差分放大管有 可能出现截止或饱和，使放可能出现截止或饱和，使放 大电路失去放大能力。大电路失去放大能力。 b1 R c1 R 1 T Q1R i1 u

28、 + _ b2 R c2 R 2 T Q2 R i2 u + _ c1 u c2 u 1 b 2 b 1 c 2 c o u + _ +VCC 基本差分放大器存在的问题：基本差分放大器存在的问题： 电路很难完全对称，输出电路很难完全对称，输出 仍然存在零漂。仍然存在零漂。 实际工作中，常常需要单端输出，即从实际工作中，常常需要单端输出，即从c1或或c2对地输对地输 出，而这时零漂与单管放大电路一样，仍然十分严重。出，而这时零漂与单管放大电路一样，仍然十分严重。 为此，引入长尾式差分放大器。为此，引入长尾式差分放大器。 e R e R i1 u b RcR 1 T QR b R cR 2 T Q

29、Ro u + _ i2 u +VCC e e 1 2 图图4-18(a) 接有射级电阻的差分放大器接有射级电阻的差分放大器 e R e i1 u b R c R 1 T Q R b R c R 2 T Q R o u + _ i2 u +VCC 图图4-18(b) 射级电阻合并后射级电阻合并后 的差分放大器的差分放大器 1.1.长尾式差分放大器组成原理长尾式差分放大器组成原理 2 1 ee RR e R e i1 u b R c R 1 T Q R b R c R 2 T Q R o u + _ i2 u +VCC 图图4-18 射级电阻合并后的差分放大器射级电阻合并后的差分放大器 接入接入R

30、e后不会对输入差模电压的增益产生影响。其效果后不会对输入差模电压的增益产生影响。其效果 相当于交流通路中加上旁路电容。相当于交流通路中加上旁路电容。 Re越大，效果越好。但当越大，效果越好。但当Re越大时，在一定的静态电流下，越大时，在一定的静态电流下， Ue必然变大，即必然变大，即Q点偏高，使管子的动态范围变小。点偏高，使管子的动态范围变小。 L R e Ri1 u c R 1 T Q R c R 2 T Q R ou+ _ i2 u + _ + _ +VCC VEE _ 图图4-19 长尾式差分放大器长尾式差分放大器 引入负电源引入负电源 省去省去Rb I IEQ1=I IEQ2=(VEE

31、UBE)22Re ； UCEQ1=UCEQ2VCC+VEE(R(RC C+2R+2Re)I)IEQ Uo=0； 由于由于IBQ较小，电压降可较小，电压降可 忽略不计。忽略不计。 2I2IEQRe(VEEUBE) ； 2.长尾式差分放大器长尾式差分放大器 静态分析静态分析 L R e Ri1 u c R 1 T Q R c R 2 T Q R ou+ _ i2 u + _ + _ +VCC VEE _ IBQ 2IEQ I IBQ1=I IBQ2=IEQ/(1+/(1+) ) 1）对共模信号的抑制作用）对共模信号的抑制作用 2.长尾式差分放大器动态分析长尾式差分放大器动态分析 L R e R i

32、1 u cR 1 T Q R c R 2 T Q R oc u+ _ i2 u + _ ic u +VCC VEE _ 图4-20 差分放大器输入共模信号 电路参数对称性 Re对共模信号的负反馈作用 ic u b1 i b2 i c1 i c2 i e1 i e2 i e u be1 u be2 u b1 i b2 i c1 i c2 i 引入共模电压放大倍数引入共模电压放大倍数Ac， 定义为定义为： ic oc c u u A 在理想对称情况下，Ac=0。 2）对差模信号的放大作用）对差模信号的放大作用 L R e Ri1 u c R 1 T Q R c R 2 T Q R ou+ _ i2

33、 u + _ + _ +VCC VEE _ L R c R 1 T Q R c R 2 T Q R i u + _ id u + _ id u + _ o u + _ Q R QR be r be r b i c R LR /2 c R i u + _ id u + _ id u + _ od u + _ b i b i b i c i c i LR /2 c1 u + _ c2 u + _ i R o R 图4-21 长尾式差分放大器的差模等效电路 （a）交流通路 （b）H参数等效电路 )r(R2i2uu beQbidi ) 2 R /(R2iuuu L ccc2c1od beQ L c i

34、 od d rR ) 2 R /(R u u A beQid rR2R co 2RR C d CMR A A K ) Bd (lg20(dB) C d CMR A A K 若电路完全对称，理想情况下共模放大倍数若电路完全对称，理想情况下共模放大倍数 Ac = 0， 输出电压输出电压: 实际电路不可能完全对称，则实际电路不可能完全对称，则 Ac 0，实际输出电压实际输出电压 : 即共模信号对输出有影响即共模信号对输出有影响 。 （四）差分放大器的电压传输特性（四）差分放大器的电压传输特性 表示放大电路的输出电压随输入电压变化的关系 图4-22 差分放大电路的电压传输特性 4.3.4 差分放大器的

35、其它接法差分放大器的其它接法 基于不同的应用场合，有基于不同的应用场合，有双双、单端输入和单端输入和双双、单端输出的情况。单端输出的情况。 L R c R 1 T Q R c R 2 T Q R 1 c 2 c eR o u + _ i u + _ VEE _ +VCC L R c R 1 T Q R c R 2 T Q R 1 c 2 c i u + _ i1 u e R ou+ _ i2 u VEE _ +VCC L R c R 1 T Q R c R 2 T Q R 1 c 2 c i u + _ e R o u + _ +VCC +VEE L R c R 1 T Q R c R 2 T

36、 Q R 1 c 2 c i u + _ i1u e R o u + _ i2u +VCC VEE _ 1)静态分析静态分析 不接负载：同双入双出；不接负载：同双入双出； 1. 1. 双端输入双端输入, ,单端输出单端输出 图4-23 双端输入、单端输出差分放大电路 接负载时：接负载时：UCEQ1UCEQ2。 L R c R 1 T Q R c R 2 T Q R 1 c 2 c i u + _ id u + _ id u + _ e R o u + _ +VCC +VEE c R 1 T Q R c R 2 T Q R e R CEQ1U + _ CEQ2 U + _ +VCC+VCC VE

37、E _ CC CL L CC V RR R V LC C /RRR I IEQ1=I IEQ2=(VEEUBE)22Re ； CCQ CCCQ1 RIVU CCQCCCQ2 RIVU 图4-24 图4-23所示电路的直流等效电路 2）动态分析）动态分析 beQ Lc i od d )/( 2 1 u u = rR RR A R Rid id=2(R =2(RQ Q + +r rbe be) ) R Rod od=R =RC C 问题：如输出信号取自问题：如输出信号取自T T2 2 管的集电极，动态分析结管的集电极，动态分析结 果如何？果如何？ L R c R 1 T Q R c R 2 T Q

38、 R 1 c 2 c i u + _ id u + _ id u + _ e R o u + _ +VCC +VEE （1）差模放大倍数）差模放大倍数 Q R QR be r be r b i c R L R c R i u + _ id u + _ id u + _ od u + _ b i b b i ci cii i R oR 图4-34（a） 差模信号作用下的等效电路 )r(R2i2uu beQbidi )/R(Riu LCbod （2）差模输入阻抗：）差模输入阻抗： （3）输出阻抗：）输出阻抗： L R c R 1 T Q R c R 2 T Q R 1 c 2 c i u + _

39、id u + _ id u + _ e R o u + _ +VCC +VEE （4）共模放大倍数）共模放大倍数 图4-34（b） 共模信号作用下的等效电路 Q R be r e 2R b i c R L R ic u + _ oc u + _ b i c i 注：上图只是与输出电压相关的注：上图只是与输出电压相关的T1管一边电路对管一边电路对 共模信号的等效电路共模信号的等效电路 ebbeQbic 2R)i(1)r(Riu )/R(Riu Lcboc e Lc R RR 2 )/( )R2(1rR )/R(R = u u =A ebeQ Lc ic oc c )r2(R )R2(1rR A

40、A K beQ ebeQ c d CMR 共模抑制比： 说明，射极电阻说明，射极电阻Re越大，共模抑制比越大，共模抑制比 越大，电路的性能就越好。所以增大越大，电路的性能就越好。所以增大Re 是改善共模抑制比的基本措施。是改善共模抑制比的基本措施。 1）静态分析）静态分析 2. 2. 单端输入、双端输出单端输入、双端输出 同双入双出电路同双入双出电路 图4-26 单端输入、双端输出电路 L R c R 1 T Q R c R 2 T Q R 1 c 2 c i u + _ i1 u e R ou+ _ i2 u VEE _ +VCC 结论：同双入双出电路结论：同双入双出电路 2）动态分析）动态

41、分析 ; 2 1 u ; 2 0 i c id i i u u u 差模： 共模： 问题：如输入信号从问题：如输入信号从ui2加入，加入，ui1接地，结果如何？接地，结果如何？ 0u,uu i2ii1 beQ L c i od d rR ) 2 R /(R u u A L R c R 1 T Q R c R 2 T Q R 1 c 2 c i u + _ i1 u e R ou+ _ i2 u VEE _ +VCC i u b1 i u c1 i c1 c2 i e u be2 u b2 i c2 u 图4-27 单入单出差分放大电路 对于单端输入需要说明的是， 虽然一个管子基极接地，但由于T

42、1 和T2管之间的射极耦合作用，存在 下述信号的传输过程： 即T1管作为射极输出器将输入信号传给T2的发射极，T2 管是作为共基放大器接受信号并在T2管的集电极输出。这类 电路又称为射极耦合电路。因此，尽管是单端输入，亦可使 差分放大器获得共模信号和差模信号。 3. 3. 单端输入、单端输出单端输入、单端输出 图4-27 单端输入、单端输出电路 LR cR 1T QR cR 2T QR 1c2c iu + _ i1u eR ou + _ i2u +VCC VEE _ 对于单端输出电路，常将不输出信号一边的Rc省掉。 我们首先求出uic和uid，然后其分析方法同双入单出电路完 全相同。 差分放大

43、器的四种接法、计算公式及性能比较等见表4-1 （P100页） 双端输出时：双端输出时： be L c d ) 2 /( rR R R A b 单端输出时：单端输出时： be Lc d 2 / rR RR A b (2)(2)共模电压放大倍数共模电压放大倍数 与单端输入还是双端输入无关，只与输出方式有关：与单端输入还是双端输入无关，只与输出方式有关： 双端输出时：双端输出时： 单端输出时：单端输出时：0 c A e L c 2 R R A 差动放大器动态参数计算总结：差动放大器动态参数计算总结： (1)(1)差模电压放大倍数差模电压放大倍数 与单端输入还是双端输入无关，只与输出方式有关：与单端输

44、入还是双端输入无关，只与输出方式有关： (3)(3)差模输入阻抗：差模输入阻抗： 不论是单端输入还是双端输入，差模输入阻抗不论是单端输入还是双端输入，差模输入阻抗 Rid是基本放大电路的两倍。是基本放大电路的两倍。 beid 2rRR b (4)(4)输出阻抗：输出阻抗： co RR co 2RR 单端输出时单端输出时 双端输出时双端输出时 (5)(5)共模抑制比共模抑制比: : beb e eL bebL CMR 2/ )(2/ rR R RR rRR K c d CMR A A K 双端输出时双端输出时KCMR可认为等于无穷大，可认为等于无穷大， 单端输出时共模抑制比：单端输出时共模抑制比

45、： 长尾电路的缺点：长尾电路的缺点： L R e Ri1 u c R 1 T Q R c R 2 T Q R ou+ _ i2 u + _ + _ +VCC VEE _ 为了提高共模抑制比应加大Re，但Re电阻太大时，一 方面集成电路中不易制作大电阻，另一方面为保证工作点不 变，必须提高负电源，这是不现实的，为此可用恒流源电路 来代替Re。 4.3.5.4.3.5. 差分放大器的进一步改进差分放大器的进一步改进 1.用恒流源电路来用恒流源电路来 代替射极电阻代替射极电阻Re 由于由于UR2UBE3，T3管集电极电流管集电极电流IC3受温度影响较小。受温度影响较小。 同时射极电阻同时射极电阻R3

46、的负反馈作用，可保持的负反馈作用，可保持IC3基本不变，为基本不变，为 一恒定电流。当共模信号作用时，由于受到了恒定电流一恒定电流。当共模信号作用时，由于受到了恒定电流 IC3的限制，恒流源的内阻非常大，其值就是三极管的限制，恒流源的内阻非常大，其值就是三极管T3的的 rce。因此大大提高了。因此大大提高了KCMR。 EE 21 2 R2 V RR R U 3 R2 3 BE3R2 E3C3 R U R UU II L R i1 u cR 1 T Q R cR 2 T Q R o u + _ i2 u CC +V EE V + _ + _ 3 R 3 T 1 R 2 R 1 I c3 I 2

47、I e3 I b3 I _ 图4-28 具有恒流源的差分放大电路 L R i1 u cR 1 T Q R cR 2 T Q R o u+ _ i2 u CC +V EE V I _ e 图4-29 恒流源差分放大电路表示方法 2 I III e CQCQ2CQ1 I III CQ BQBQ2BQ1 EQcCQCCCEQCEQ2CEQ1 URIVUUU 0.7VRIUU QBQBEQEQ 静态工作点计算如下静态工作点计算如下: 动态分析：动态分析： 共模输出：共模输出：由于恒流三极管相当于一个阻值很大的长尾由于恒流三极管相当于一个阻值很大的长尾 电阻，它的作用也是引入一个共模负反馈，单端输出时共

48、模电阻，它的作用也是引入一个共模负反馈，单端输出时共模 输出很小；输出很小； 差模放大差模放大：恒流源电路对差模电压放大倍数没有影响，：恒流源电路对差模电压放大倍数没有影响， 分析方法同长尾式电路。分析方法同长尾式电路。 2.场效应管差分放大器场效应管差分放大器 L R i1 u d R 1 T QR d R 2 T QR o u+ _ i2 u DD +V SS V I _ e 电路特点电路特点： 获得更高的输入阻抗；获得更高的输入阻抗； 进一步提高放大器的稳定性。进一步提高放大器的稳定性。 3.带有调零电路的差分放大器带有调零电路的差分放大器 L R i1 u cR 1 T Q R cR

49、2 T Q R o u+ _ i2 u CC +V EE V W R _ e R 图4-31 带调零电路的差分放大电路 e W EE BQ )R2(1 2 R )(1 0.7V I BQEQ )I(1I cCQCCCQ RIVU 静态分析：静态分析： （设电位器的滑动端位于（设电位器的滑动端位于RW/2处）处） 动态分析：动态分析： 共模信号：如果共模信号：如果RWrbe1，且11，则： Ro = Rc 图4-38 （a） 阻容耦合复合管放大电路 （b）交流等效电路 解：图解：图4-38（b）所示交流等效电路）所示交流等效电路 L R 1 T 2 T i u o u CC +V EE V _

50、图4-39 互补对称输出级 图4-40 交越失真波形 （3）输出级）输出级 输出级要求非线性失真小，带负载能力强即输出阻抗小。输出 级多采用互补对称输出电路。 电路特点：电路特点： 互补对称射极输出器；互补对称射极输出器； 存在死区电压，输出波形失真（交越失真）存在死区电压，输出波形失真（交越失真） 1 T 2 T i u o u 1 R 2 R 1 D 2 D EE V CC +V _ 在ui=0时T1、T2有一个微导通的工作点。ui=0 时uo=0；ui0 时uo =ui。 消除交越失真方法一 图4-41（a）消除交越失真方法之一 即在图4-39的基础上增加R1、D1、R2、D2四个元件，

51、构成直 流偏置电路。 L R 1 T 2 T i u o u CC +V EE V _ 图4-39 互补对称输出级 43 4 CE3BE3 RR R UU BE3 4 3 BE3 4 43 CE3 )U R R (1U R RR U 当R1R4电阻值取值合适时，可使IR3IR4IB3。此时： 1 T 2 T i u o u 1 R 2 R 3 R 4 R 3 T +0.7 -0.7 R3 I R4 I B3 I CC +V EE V _ (b) 消除交越失真方法之二 通过改变R3或R4的值得到不同的UCE3，给T1、T2管提 供合适的偏置电压。此电路又称为UBE倍增电路。 2 T 4 T i

52、u o u 1 R 2 R 3 R 4 R 1 T CC +V EE V _ 3 T 5 T 图4-42 复合管输出电路 如图4-42所示电路中，T2和 T3及T4和T5采用复合管，要使功放 管导通，需UCE1 =3UBE，故而选择 R3/R4=2。 电路中的三极管均为同一工艺制成， 其温度变化亦相同，当各三极管 UBE发生变化时，T1提供3倍的UBE 发生变化，因而也起到了温度补偿 作用。 4）偏置电路）偏置电路 偏置电路用于设置集成运放各级放大电路的静态工作点。 与分立元件电路不同，集成运放采用恒流源电路为各级电路提 高合适的静态工作电流和有源负载。 2C1CBE2BE121 IIUU )

53、 2 (1I2II2III C2BC2BC1REF REFC2 I 2 I R UV II BECC REFC2 时：2 4.4.2 电流源电路电流源电路 1.镜像电流源镜像电流源 两管在同一硅片上，参数相同； T1管Ucb=0，处于临界饱和即微导通状态。 基准电流： 镜像电流源结构简单，输出电流受环境温度变化影响小，温度 稳定性高，但受电源电压VCC影响较大。同时，从减小集成运放的 功耗来讲，希望IC2尽可能小，在电源VCC一定条件下，只有通过增 大电阻R实现，但在集成电路内部制作大电阻是不现实的。例如要 求IC2=10uA，VCC=15V，则R1.5M，超出了集成工艺范围。 R 1 T 2

54、 T REF I C1 I B 2I B I B I C2 I CC +V 图4-43 镜像电流源 2.微电流源微电流源 R 1 T 2 T REF I C1 I B1 I +I B2 I B1 I C2 I R B2 e BE1 U + _BE2 U + _ E2 I E1 I CC +V 图4-44 微电流源 e BE2BE1 E2C2 R UU II 在T2管发射极接入电阻Re ，UBE2UGS(th)， T1、T2管处于导通状态。 调R的大小可改变ID1的值，使ID2= ID1为要求的恒流源。 上述恒流源电路是以NPN管及N沟道MOS管为例，同样适合 PNP管和P沟道MOS管。 4.多

55、路电流源多路电流源 R 1 T 2 T REF I C1 I C2 I Re2 E2 I 4 T C4 I Re4 E4 I 3 T C3 I Re3 E3 I R 1 T 2 T REF I D2 I 4 T D4 I 3 T D3 I D1 I DD +V 图 4-46 多反射镜像三极管电流源 图4-47 多反射镜像MOS管电流源 R C0 I C1 I C2 I B I REF I T CC +V 图4-48 多集电极横向PNP管的多路电流源 I I C0 B REFBREFC0 IIII R 7 . 0V I CC REF C02C2 C01C1 IkI IkI 其中，k1、k2为集电

56、区 面积之比值。 【例例4-5】 如图4-49（a）所示为有源负载共射放大电路， 进行电路分析。 R 3 T 2 T REF I L I c1 CC +V R 1 T EE -V i u b R 解：在图4-49（a）中，由T1构成基本的共射放大器，其负 载是由PNP管T2、T3组成的镜像电流源。 R UVV III BE3EECC REFC2CQ1 1 CQ1 BQ1 I I 图4-49（a） 有源负载共射放大电路 直流分析： be1b ce2ce11 u rR )/r(r A be1b Lce2ce11 u rR )/R/r(r A 开载（RL=）时： 有载（RL）时： 可见，只要后级输入

57、阻抗高，即RL较大，则放大倍数 Au可以很大。 R 3 T 2 T REF I L I c1 CC +V R 1 T EE -V i u b R 交流分析：交流分析： b R be1 r b i ce1 r ce2 r i u + _ b i L R ou + _ (b) 交流等效电路 4.4.3 集成运放电路介绍集成运放电路介绍 1.概念型集成运算放大器概念型集成运算放大器 6 T 7 T o u 5 T 1 T I 2 T I 2 1 + _ i u 3 T I 4 T I 4 3 输入级 中间级 输出级 CC +V EE V _ 图4-50 一种集成运算放大器内部结构简化模型 2.典型运

58、放介绍典型运放介绍 1）LM324电路分析电路分析 T13 T3T4 T1 T 2 T14T5 T 15 T16 T 6 T 17 T18 T 19 T20 T7 T12 T11 IR EF T8 T9 40k R1 T21 T10 25 R2 + _ i u o u CC +V EE V （地） _ 图4-51 LM324电路原理图 共集共射差放电路 共集共射放大电路 射极输出电路 T3T4 T1 T2 T5 T15 T16 T6 T7 T8 T9 R T21 T10 R2 + _ i u o u 1 C RL CC +V EE V _ I1 I2 I3 I4 I5 图4-52 LM324简

59、化电路原理图 共集共射差放电路 共集共射放大电路 射极输出电路 2）MC14573电路介绍电路介绍 5 T 6 T 3 T 4 T 2 T 1 T 7 T 8 T o u + _ i u R C DD +V SS V _ 图4-53 MC14573电路图 与双极型晶体管组成的集成运放相比，CMOS集成运放 具有输入阻抗高、集成度高、电源适用范围宽等特点。 4.4.4 集成运放的外部特性描述集成运放的外部特性描述 1.基本特性描述基本特性描述 1）电路符号 + _ _ u + u o u _ u + u o u + _ a）国家标准符号 (b)国际通用符号 图4-54 集成运放的电路符号 2）集

60、成运放的电压传输特性）集成运放的电压传输特性 运算放大器的开环增益Ad都 很高，其线性区域很小。 例如， A741的开环放大倍 数为105，在15V双电源供电的 情况下，线性区域约为-0.13mV +0.13m V。 最大输出电压uom取决于电 源电压，一般为电源值减去 23V。 )u-(uAu -do 线性区域： 2.集成运放的主要性能指标集成运放的主要性能指标 1）开环差模电压放大倍数）开环差模电压放大倍数Ad： 运放在无外加反馈条件下，输出电压与差模输入电压之比。 从电压传输特性看， Ad即为线性区域直线的斜率。 对于集成运放而言, 希望Ad大且稳定。目前高增益集成运放的 Ad可高达14